Введение

Научные исследования в области астрономии постоянно ставят под сомнение привычные представления о звездах. Недавние открытия, сделанные исследователями из Университета Нагоя, перевернули наши представления о том, как звезды, похожие на наше Солнце, вращаются на протяжении своей жизни. Эти результаты опровергли теории, которые существовали в течение 45 лет.

Теоретические ожидания о вращении Солнца

Звезды бывают разных размеров, температур и цветов, начиная от красных карликов и заканчивая массивными голубыми гигантами. В данном исследовании особое внимание уделяется звездам солнечного типа, которые схожи с нашим Солнцем по массе и температуре. Они являются звездами среднего размера, желтого цвета, которые обеспечивают стабильные условия для жизни на своих планетах в течение миллиардов лет.

Хотя Земля вращается как единое целое, Солнце, состоящее из горячего газа, демонстрирует дифференциальное вращение: разные части вращаются с разной скоростью. Экватор завершает один оборот за примерно 25 дней, тогда как полюса — за 35 дней. Это явление известно как дифференциальное вращение солнечного типа.

С течением времени звезды естественным образом замедляют свое вращение, и ученые предполагали, что это изменит внутренние потоки газа, что, в свою очередь, приведет к изменению вращательного паттерна, при котором полюса будут вращаться быстрее экватора — это явление назвали анти-солнечным дифференциальным вращением.

Новые открытия исследователей

Однако результаты исследований показали, что это предположение оказалось ошибочным. Внутри Солнца движения горячего газа способствуют тому, что экватор вращается быстрее, чем полюса. Ключевую роль в поддержании этого паттерна играют магнитные поля.

«Мы обнаружили, что два процесса — турбулентность и магнитизм — сохраняют скорость вращения экватора выше, чем у полюсов на протяжении всей жизни звезды, а не только в молодые годы», — сообщил Хидэюки Хотта, один из авторов исследования и профессор Института исследований окружающей среды Земли и космоса Университета Нагоя.

«Таким образом, хотя звезды действительно замедляются, изменение вращения не происходит, поскольку магнитные поля, которые не учитывались в предыдущих симуляциях, предотвращают это», — добавил он.

Использование суперкомпьютера Fugaku для симуляций

Исследователи использовали Fugaku, самый мощный суперкомпьютер Японии, чтобы провести детализированные симуляции внутреннего строения солнечных звезд с высокой разрешающей способностью. Каждая имитируемая звезда была разделена на 5,4 миллиарда сеточных точек.

Ранее проведенные симуляции имели низкое разрешение, что приводило к исчезновению магнитных полей и недооценивало их влияние на вращательные паттерны звезд. В новой высокоразрешающей симуляции магнитные поля оставались сильными и предотвращали переключение вращения.

Выводы и последующие исследования

Симуляции также показали, что магнитные поля звезд слабеют на протяжении их жизни и не восстанавливаются в старости. Ранее считалось, что магнитные поля усиливаются, когда происходит изменение вращательного паттерна.

На протяжении десятилетий теоретические симуляции предсказывали анти-солнечное вращение для медленно вращающихся звезд, но астрономы никогда не фиксировали его в наблюдениях. Ограничения в наблюдательных методах оставляли вопрос открытым.

Исследователь и соавтор Ёсики Хатта объяснил, как новые симуляции разрешили эту загадку: «Симуляция может почти идеально воспроизвести наблюдаемое вращение Солнца. Когда мы применяем ее к медленно вращающимся звездам, она также совпадает с астрономическими наблюдениями и не показывает анти-солнечного вращения».

Заключение

Исправленное понимание внутреннего строения звезд может помочь ученым разгадать такие звёздные загадки, как 11-летний цикл солнечных пятен, а также предсказать, как магнитная активность влияет на обитаемость планет на протяжении миллиардов лет. Это также может улучшить модели звёздной эволюции и помочь астрономам интерпретировать наблюдения далеких звезд.